Rester af fremmed planet måske fundet dybt inde i Jordens indre

I en undervisningstime i planetar geokemi på Arizona State University i USA opstod en vild ide i hovedet på en af de studerende, Qian Yuan.

Hans professor var ved at berette om en veletableret og anerkendt teori om Månens skabelse. Teorien lyder, at en mindre planet kaldet Theia hamrede ind i vores jordklode under dens spæde barndom for omkring 4,5 milliarder år siden.

Rester fra det gigantiske sammenstød blev slynget ud i kredsløb om Jorden og smeltede efterhånden sammen og blev til Månen.

»Ideen opstod i undervisningstimen, da professoren spurgte os: 'Hvor er så det måne-skabende objekt nu?'« fortæller Qian Yuan, som i dag forsker i geofysik ved Caltech på Arizona State University, til Videnskab.dk.

Efter spørgsmålet kunne Qian Yuan ikke lade være med at spekulere over, om det mon fortsat var muligt at finde rester fra Theia på vores egen planet.

Og så opstod den vilde ide, som efter flere års forskning nu er blevet offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Nature.

Gemt i Jordens indre

Qian Yuans ide tager udgangspunkt i to gigantiske klumper af materiale, som gemmer sig i Jordens indre.

Forskere har i årtier kendt til eksistensen af de to mystiske klumper af materiale, som er tungere og mere tætpakkede end det omgivende materiale. Den ene klump befinder sig dybt nede under det afrikanske kontinent, mens den anden er gemt i området under det sydlige Stillehav.

I det nye studie foreslår Qian Yuan og hans kolleger, at de to gigantiske klumper af tungt materiale kan være rester af planeten Theia.

Forskerne har blandt andet lavet computersimulationer, som indikerer, at sammenstødet mellem Theia og Jorden potentielt godt kunne medføre, at store klumper af Theia ville synke ned i Jordens indre.

Gigantiske klumper i Jordens kappe

De store klumper af materiale, som er observeret i Jordens indre, befinder sig nærmere bestemt i Jordens kappe – et tykt lag, som ligger midt mellem Jordens yderste lag, skorpen, og den inderste kerne.

Bunden af klumperne begynder ifølge Qian Yuan i det nederste lag af kappen cirka 2.900 kilometer under vores fødder.

Han fortæller, at klumperne er gigantiske: Hver af dem er omkring dobbelt så tunge som Månen, og de to klumper udgør tilsammen omkring to procent af Jordens masse.

»Det er helt velkendt, at de to store klumper af materiale eksisterer inde i Jordens kappe, og at de formentlig har været der i meget, meget lang tid,« bekræfter Bo Holm Jacobsen, som er lektor emeritus ved Institut for Geoscience på Aarhus Universitet og ikke har været involveret i det nye studie.

»Men spørgsmålet er om det vitterligt er rester af Theia, som gemmer sig derinde? Det er i hvert fald en spændende teori, men vi ved det ikke,« tilføjer han.

Andre teorier om de to klumper

Den erfarne lektor fortæller, at hvis det skulle være muligt at finde rester fra planeten Theia i 2023, er Jordens kappe under alle omstændigheder et godt bud på, hvor man skal lede.

»Der er ikke meget chance for at finde noget i Jordens flydende kerne, for der har alting været rørt godt og grundigt rundt. Jordens skorpe har også været voldsomt bearbejdet gennem tiden, så det er dybt nede i kappen, man skal lede, hvis der skal være en chance,« fortæller Bo Holm Jacobsen.

Han fortæller, at der også findes en anden teori – med flere år på bagen – som forklarer, hvad der kan have skabt de to velkendte klumper i Jordens kappe.

Hypotesen tager udgangspunkt i tektoniske plader - de kæmpestore plader, som Jordens overflade er inddelt i, og som ligger og ramler ind i hinanden, så det blandt andet giver anledning til jordskælv.

»Vi ved, at de tektoniske plader kan blive skubbet fra overfladen og ned i kappen, og nogle af dem ser ud til at nå helt ned til bunden af kappen. Så kort fortalt er hypotesen, at de to store klumper af materiale i Jordens kappe er en slags Halloween-skeletter af gamle tektoniske plader, som er blevet ophobet gennem milliarder af år,« fortæller Bo Holm Jacobsen.

Theia-historien er mere 'sexy'

Bo Holm Jacobsen mener, at begge teorier bygger på gode og væsentlige argumenter – om end teorien om Theia udgør en lidt mere »sexy og attraktiv« fortælling end historien om de tektoniske plader.

»Men det betyder jo ikke nødvendigvis, at den er videnskabeligt korrekt.«

I det nye studie argumenterer Qian Yuan og hans kolleger for deres teori ved at henvise til, at materiale fra Månen generelt har et højere indhold af jern end Jorden. Både prøver opsamlet af astronauter på Månen og meteoritter fra Månen bekræfter det høje jernindhold.

En veletableret teori lyder, at det høje jernindhold på Månen skyldes, at planeten Theia netop havde et højere jernindhold end Jorden.

»Da Theia kom og bankede ind i Jorden, blev der slynget mere af Theias materiale ud i rummet. Så derfor er der ekstra meget af Theias materiale i Månen sammenlignet med Jordens gennemsnit. Og det giver altså en højere koncentration af jern i klipper og andet materiale fra Månen,« opsummerer Bo Holm Jacobsen om teorien.

Studie: Jern gør de to klumper tungere

Forskerne bag det nye studie argumenterer derfor også for, at de to enorme klumper af materiale, som er gemt i Jordens kappe, netop kan være tungere end det omgivende materiale, fordi de har et højere indhold af jern end omgivelserne – og altså fordi de stammer fra den jernrige planet Theia.

Desværre er det ikke så ligetil at bore sig flere flere tusinde kilometer ned i kappen, tage prøver og tjekke, om teorien er rigtig.

Vi har aldrig været i nærheden af at kunne bore os så dybt ned i kappen, at vi kan finde de to store klumper.

Faktisk kender vi kun til eksistensen af de enorme klumper, fordi de bliver afsløret af seismiske bølger – bølger som opstår i forbindelse med jordskælv, forklarer Bo Holm Jacobsen.

»Når et jordskælv opstår, sender det bølger ned igennem Jorden, som vi kan måle, når de kommer tilbage til os på overfladen. Nogle gange løber bølgerne igennem et materiale, som forsinker dem, og det er den måde, vi kan få besked om, hvad der gemmer sig derinde. Så ved omfattende computeranalyse af tusindvis af jordskælvsbølger har man lokaliseret disse to store klumper af materiale med langsom lydhastighed,« forklarer Bo Holm Jacobsen, som selv forsker i at kortlægge Jordens indre ved hjælp af de seismiske bølger.

Mystisk materiale i klumperne

Han henviser til, at klumperne ikke er steget op til jordoverfladen, men er blevet liggende på bunden af kappen.

Det indikerer, at deres materiale er tungere, og dermed har en højere massefylde end det omgivende materiale – ellers ville de formentlig ryge opad, ligesom isklumper eksempelvis ryger op til overfladen af vand, fordi isen har en lavere massefylde end vandet, forklarer Bo Holm Jacobsen.

»Det betyder, at det ikke er et helt almindeligt materiale, som ligger dernede i de to klumper. For det mest almindelige for materialer på Jorden er, at hvis de har højere massefylde, så løber lyden også hurtigere igennem dem, og ikke langsommere, som det er tilfældet her,« påpeger Bo Holm Jacobsen.

Hvad siger computermodellerne?

Som tidligere nævnt har forskerne bag det nye studie lavet computersimulationer af sammenstødet mellem Theia og Jorden samt de efterfølgende begivenheder.

Computermodellerne bekræfter, at klumper af Theia - som minder om de to store klumper fundet i Jordens kappe – kan opstå dybt nede i Jordens kappe.

»Vi lavede højopløselige simulationer af det måneskabende sammenstød, som viste at lignende mængder af Theias kappe rent faktisk kan ryge ned til i Jordens dybe kappe og overleve igennem hele Jordens udvikling, fordi det er jernrige – og dermed tungere – materialer,« siger Qian Yuan til Videnskab.dk.

Er computermodellerne rigtige?

De nye simulationer er et godt argument, men det er ikke fuldstændig overbevisende, lyder vurderingen fra Bo Holm Jacobsen.

»Deres computermodel over sammenstødet, og hvad der efterfølgende skete er helt klart forenklet, og det er selvfølgelig en svaghed ved studiet,« vurderer han og fortsætter:

»Men omvendt er det faktum, at de har gennemført flere forskellige computerberegninger, som alle viser, at rester fra Theia vil synke ned til bunden af kappen, en styrke ved deres hypotese.«

Andre forskere er heller ikke overbeviste af de nye computersimuleringer. En forsker peger på, at hans egne simuleringer af sammenstødet mellem Theia og Jorden får andre resultater.

»I vores simuleringer har kappen fra Theia og Jorden tendens til at blive mikset godt sammen,« siger planetforsker Miki Nakajima fra Univerity of Rochester i New York til National Geographic.

Uenighed gør os klogere

Qian Yuan håber, at fremtidige missioner til Månen vil kunne tage prøver med hjem fra Månens kappe – og ikke kun fra Månens overflade – så vi kan blive klogere på, om der vitterligt findes rester af Theia i Jordens indre.

»Vi burde være i stand til at finde lignende kemiske signaler mellem Månens kappe og klumperne i Jordens kappe. Hvis vi finder det, er den eneste mulige forklaring at de begge stammer fra den samme planet, Theia,« siger Qian Yuan til Videnskab.dk

At få fingrene i prøver fra de store klumper i Jordens indre er imidlertid lettere sagt end gjort, eftersom man ikke kan bore sig så dybt ned i Jordens indre. Men ifølge Qian Yuan vil klippestykker fra Jordens indre af og til nå op til Jordens overflade.

For Bo Holm Jacobsen er den nye teori yderst velkommen, for når der er konkurrerende teorier på banen, vil det drive forskningen fremad, påpeger han.

»Det er under den slags betingelser, at videnskaben er mest frugtbar, så vi vil helt sikkert blive klogere i de kommende år,« slutter han.